CC BY
15ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ
н.Г. петров (отдел защиты от коррозии ОАО «ГАЗПРОМ»),
д.Б. захаров, в.и. передерий, в.А. яковлев (ЗАО «Трубопроводные системы и технологии»)
совершенствование конструкции неразъемных электроизолирующих соединений для катодной защиты трубопроводов
По определению, неразъемные электроизолирующие соединения являются необслуживаемы/ми и неразборными изделиями и должны гарантировать свои механические и диэлектрические свойства в течение всего жизненного цикл а.
В связи с этим уплотнительная система неразъемных электроизолирующих соединений требует специального изучения и совершенствования.
В настоящее время в мировой практике используется четыре основных типа системы уплотнений, используемые производителями неразъемных электроизолирующих соединений:
• Уплотнительная система с использованием резиновых колец круглого сечения.
• Уплотнительная система с использованием манжет прямоугольного сечения.
• Уплотнительная система для неразъемных электроизолирующих соединений из композиционных материалов.
• и-образная уплотнительная система Вышеуказанные системы уплотнений имеют существенные различия и эксплуатационные ограничения, которые необходимо учитывать при проектировании мест установки на трубопроводах и эксплуатации.
уплотнительная система с использованием резиновых колец круглого сечения (разработана в 1960-1970 годы).
В основном уплотнительная система состоит из 2 или 4 резиновых колец круглого сечения и герметизирует по-
верхности только между металлом и изолирующим кольцом. Данная система уплотнения заимствована из изолирующих фланцев (рис. 1).
недостатки
• Вследствие небольшой длины уплотнительной поверхности при использовании резиновых колец круглого сечения требуется высокое качество обработки уплотнительных поверхностей. Так, в соответствии с ГОСТ 9833 шероховатость поверхности должна быть не ниже Ra 2,5 (что достигается только шлифовкой и полированием).
• В статических условиях разрушение кольца происходит вследствие выдавливания в уплотнительный зазор. При этом величина допустимого уплотнительного зазора измеряется несколькими десятыми долями миллиметра (см. диаграмму 1).
В связи с этим возникает ограничение:
- по способности неразъемных электроизолирующих соединений выдерживать деформации конструкции при воздействии изгибающих, растягивающих нагрузок и крутящего момента;
- по способности выдерживать высокие давления.
Поскольку во избежание возникновения явления взрывной декомпрессии (с последующим образованием микро-
рис. 1
р, МПа
диаграмма 1. Зависимость давления выдавливания резинового уплотнительного кольца от диаметрального зазора и твердости резины.
трещин в материале уплотнительного кольца) размеры резиновых колец круглого сечения невелики, то достаточно деформации конструкции на несколько десятых миллиметра для возникновения утечки транспорти руемого
82 \\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\
\\ № 6 \\ июнь \ 2008
Недопустимый зазор >0,2мм
Утечка транспортируемого проду кт а)
Максимально допустимый без утечки зазор =0,2мм
Диаметр сечения кольца =4мм Рис. 2
iPS-K-TP-750/в
1 Ч 1>1 І ІЦІЛПІ
< «Ыгарш Piajpfei іклц.»
IiiilKiy cd ' и iiyvLPH
The soiinq fldiiAi |i -Ь‘* У ад |h|i tK почом
“HO 4‘ rtfcJIrfcnq I: OOfll 7 1' i-т* ,i ,1 о a К l- I jI4 1|.I|#
■tjal \Рлхм 7 u L'jfEsnamn: mm if* ¡am ina-l м swan л% ra ^ua'nnie-t
Ч4|ШГ£й Iс- ■ppLNii гяаф* л »к в 7 13
. :-ir's urc. w й л ihr ■ i pi??ri\qtskii snol гм; t*
nfi*W№t n “4, JHH’t'W .M- !l vuahLl 1I1-.I ddmi i j. DwnfUiwi'i i miiuul v-jIbIM? к .Ц :ri «1ыП I DPflf □ I gnineSi ill !fMS 1Л! ~*A §*UriE IM' ii !uly ..шмя 1Л1.гы -=щ j>.-j jp ~ot ЧЬкГЦ! ii ifTvC-iSiDtt Oil Г* ui! ft mid fT* «1КМ1
iriu s* ss C*i** ii.im lb* Mritii ic-4vr>i np anti ijtgni wi /'■'
4r №Ul IhUUS Dt itlP Q1W!! IIU. I Е-Ч ifl iU>*fi 4»*il*?J м tfl tjri - fr-jj j^if КСЧ
^;,wr-V"r'""■JS| U« " ”‘«i: c‘ fu-j: « тем* Is i.rfio
ы’----- — i twaii
SNAMPROGETTI |
Выдержки из документов, ограничивающих использование резиновых колец круглого сечения в качестве системы уплотнения.
VALDEL Engineering & Constructors Pvt Ltd
«6.3 Уплотнительная манжета должна быть изготовлена, как единое целое и иметь поперечное сечение достаточной толщины.
6.4. ...Манжета должна бы1ть полностью размещена внутри соединения во избежание хладотекучести. Манжета должна бы1ть размещена как можно ближе к изолирующему кольцу и не менее 90% с обеих сторон манжеты должны находиться в непосредственном контакте с металлическими поверхностями»
IPS-M-TP-750/8
«5.8 ...Не допускается применение уплотнительной системы с использованием колец круглого сечения»
PETRONAS GAS BERHAD
«... Уплотнительная манжета (пункт 7b) должна бы1ть изготовлена как единое целое.
... Не допускается применение соединений без уплотнительной манжеты.
... ¡Манжета должна быть полностью размещена внутри соединения таким образом, чтобы избежать вытекания. С другой стороны манжета должна быть расположена как можно ближе к изолирующему кольцу и большая часть обеих сторон манжеты должна быть в непосредственном контакте с металлическими поверхностями...»
SNAMPROGETTI
«.Манжета должна быть полностью размещена внутри соединения во избежание хладотекучести. Манжета должна быть размещена как можно ближе к изолирующему кольцу и большая часть поверхности манжеты должна находиться в непосредственном контакте с металлическими поверхностями»
WWW.NEFTEGAS.INFO
islntt ptov|4«4 vitfco'it a waling gatkat will not b* arc«p'*J. r«rtl<«tm>ce, In t»>* Joint rti« |J|W|
»>jll pfttent 4 pirp|ll(llt r«lld<JAl «lAttlClty «« M »•> a»»»#* i petfccc etghtfiet« of *N« |<t|nt. 1f>« gathct «ball b* fully clowa ln»Id» th* jolri »o Chat cold flowing I«
Tb« (iihet thall b* pliiril at rl««* at postl* (i) bl« to ihr ipi[|>i| ri and anit of the pikfi surface lhall tr in il««t contact tilth bar« «real aurt
№ V I V Kll?*t rfuil N tfWiJi Bfe *.*h. № Я
b 4 Т'ч. г1я.^П£Іа 1»Г ¡he III p. ¿- UV лЛііі". йнй
tafuM hr ікік ikJ ІҐІГ Pctrtuncf *r !>K hb ГЧ г * г,'и ^ ■WÜU. S J-i. J4* Ttl Г*Г П«Ы ■lite-Ä k ЙЦЙІЛ| ця І*»І! ІР «Н іякПГІІх! NMR У dl ll*IL u.-!t ctbi<kr ir^laii vi ІІК Кіл І 4ІК М^ГІ іг-ііі bs I n-i-il iV'nN іг>^ Ihr khjl he ж.тчі л
■*-fl і bl .Li їм II ■ ■Гї ii ІЧМП- ndri nr thr i'rtri ’hj
>.!l p-.imjry xxo-Otfy 5«1:я£ U ^hill It *л йс.\^:лЛ t*o: iSr j«ai sssdTiL'ly WlA L>r Micclianiial
j\d decuxal pcquntmaa ;pc,.»*ico jn hs £i»r4ud П» «■дЗ rxkea mtet tnpo^ йч імсі«аІ
kc&uvK ihc same hfiijtii ircci the tooof їй* ripji ii-iu’odi; nut
.ЄЛІІА5 lyitemswhich foi-tie« o-i елк.ххbe :<zzf%cd
mi l піч;«™ I —— *-'L . _ nLjl_;----------
Я7І
продукта (например: только 0,2 мм для резинового кольца сечением 4мм). Так, например, продольные деформации неразъемного электроизолирующего соединения Ду 400 с толщиной стенки 15 мм класса прочности К60 только за счет нагружения внутренним давлением 150 кгс/см2 (без учета изгибающих нагрузок) составляют свыше 0,3 мм (р ис. 2).
• Небольшая длина уплотнительной поверхности, небольшое поперечное сечение и небольшие допустимые уплотнительные зазоры не позволяют гарантировать механическое уплотнение при выполнении сборочных (сварочных) операций, поскольку даже незначительные отклонения формы уплотнительных поверхностей или несоосность при сборке могут привести к разгерметизации уплотнительной системы. В случае несимметричной герметизации после сварки (поскольку конструкция соединения неразъемная) невозможно выполнить обычное исправление дефекта, как в случае с фланцами (затяжкой и/или ослаблением болтов).
• В приведенной системе уплотнения контактной (уплотнительной) поверхностью является поверхность между металлом и изолирующим кольцом (как правило, изготовленным из композиционного материала, поликарбоната и т.п.), что вследствие различных физико-механических свойств материалов (коэффициентов температурного расширения, диаграмм растяжения-сжатия и др.) может привести к дополнительному увеличению уплотнительного зазора.
Для того чтобы уменьшить влияние указанных конструктивных недостатков уплотнительной системы с использованием резиновых колец круглого сечения, изготовители добавляют вторую или вспомогательную уплотнительную систему, настоящее назначение которой - устранить неэффективность основной уплотнительной системы. Хотя такое решение не устраняет целую серию проблем, связанных со снижением диэлектрических свойств неразъемных электроизолирующих
\\ защита от коррозии \ 83
на правах рекламы
ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ
соединений, из-за проникновения транспортируемого продукта во внутреннюю полость конструкции.
Все вышеизложенное подтверждается в ряде документов, запрещающих или ограничивающих использование резиновых колец при производстве неразъемных электроизолирующих соединений.
Достоинства
• Не требует специального оборудования для изготовления и сборки.
• Резиновые уплотнительные кольца широко используются в различных областях машиностроения, что обеспечивает их невысокую стоимость и стабильность поставок.
уплотнительная система с использованием манжет прямоугольного сечения (разработана в 1980-е годы)
Уплотнительная система представляет собой одну уплотнительную манжету прямоугольного сечения, находящуюся в предварительно сжатом состоянии между металлическими поверхностями и между металлом и поверхностью изолирующего кольца (рис. 3).
Эта уплотнительная система специально разработана для неразъемных электроизолирующих соединений.
недостатки
• Очень важно учитывать при эксплуатации действующий на электроизолирующее соединение изгибающий момент. Фактически давление воздействует на манжету в точках А и А1, что приводит к следующему:
- увеличение изгибающего момента приводит к возникновению гребня на уплотнительной поверхности м ан-ж еты;
- возрастают продольные растягивающие напряжения, вызванные воздей-
ствием высокого эксплуатационного давления;
- искажение поверхности манжеты в точке А1 уменьшает размер контактной уплотнительной поверхности.
• Внутреннее давление приводит к возникновению продольных напряжений, которые уменьшают предварительное сжатие манжеты, созданное при сборке электроизолирующего соединения.
• Необходимость в специальном оборудовании и формах для изготовления.
достоинства
• Невысокая стоимость.
• Легко устанавливается при сборке.
• Вследствие увеличения длины уплотнительной поверхности и большого поперечного сечения не требует высокого качества обработки уплотнительных поверхностей и соблюдения очень точных допусков на механическую обработку.
• Уплотняемыми являются как поверхности между металлом и поверхностью изолирующего кольца, так и между металлическими поверхностями.
• Отсутствует возможность выдавливания манжеты в уплотнительный зазор.
• Отсутствует возможность возникновения взрывной декомпрессии (с последующим образованием микротрещин и разрывов в материале уплотнения), поскольку манжета находится в состоянии предварительного всестороннего сжатия и полностью окружена поверхностями уплотнительного гнезда.
уплотнительная система для неразъемных электроизолирующих соединений из композиционных материалов (начало разработки - 1990-е годы) Уплотнительная система разрабатывается в России и представляет собой комбинацию специальной уплотнитель ной манжеты, находящуюся в предвари тельно сжатом состоянии, и резиновых уплотнительных колец круглого сечения (рис. 4).
Эта уплотнительная система специально р азработана для неразъемных элек-
троизолирующих соединений из композиционных материалов.
рис. 4
недостатки
• Необходимо специальное оборудование для из гот о вл е н ия и сборки второй ступени (уплотнительной манжеты).
4» Для первой ступени уплотнительной системы (с резиновыми кольцами) свойственны все недостатки, указанные в системахуплотнения с применением резиновых колец круглого сечения. Для того чтобы уменьшить влияние указанных конструктивных недостатков уплотнительной системы с использованием резиновых колец круглого сечения, изготовители добавляют вторую, или вспомогательную, ступень уплотнительной системы, настоящее назначение которой -устранить неэффективность основной уплотнительной системы. Хотя такое решение не устраняет целую серию проблем, связанных со снижением диэлектрических свойств неразъемных электроизолирующих соединений, из-за проникновения транспортируемого продукта во внутреннюю полость конструкции.
• Применение манжеты в качестве второй ступени уплотнительной системы в конструкции неразъемного электроизолирующего соединения с композиционной силовой оболочкой имеет дополнительные ограничения, связанные со значительно большими (по сравнению с металлической силовой конструкцией) деформациями при одних и тех же значениях внутреннего давления, изгибающего и крутящего моментов, растягивающей силы. Что может приводить к разрушению манжеты вследствие образования трещин и разрывов.
достоинства
Для первой ступени:
84 \\ ТЕРРИТОРИЯ НЕШТЕГАЗ \\
\\ № 6 \\ июнь \ 2008
• Не требует специального оборудования для изготовления и сборки.
• Резиновые уплотнительные кольца широко используются в различных областях машиностроения, что обеспечивает их невысокую стоимость и стабильность поставок.
Для второй ступени:
• Вследствие большой длины уплотнительной поверхности и большого поперечного сечения не требует высокого качества обработки уплотнительных поверхностей и соблюдения очень точных допусков на механическую обработку.
и-оБрАЗнАЯ Уплотнительная система (разработана в 1990-е годы)
Эта уплотнительная систем г! представляет собой и-образную манжету двойного профиля, располагаемую вокруг изолирующего кольца, плотно сжатую в образованном металлическими поверхностями уплотнительном гнезде (рис. 5).
Эта уплотнительная система специально разработана для неразъемных электроизолирующих соединений и обычно называется Системой двойного манжетного уплотнения.
недостатки
• Необходимо специальное оборудование для изготовления и сборки.
достоинства
• Вследствие большой длины уплотнительной поверхности и большого поперечного сечения не требует высокого качества обработки уплотнительных поверхностей и соблюдения очень точных допусков на механическую обработку.
• Уплотняемыми являются как поверхности между
Рис. 5
металлом и поверхностью изолирующего кольца, так и между металлическими поверхностями.
• Длиннаяуплотнительная поверхность и большое поперечное сечение позволяет выдерживать значительно большие деформации конструкции (растяжение, изгиб) по сравнению суплотни-тельными системами с использованием манжет прямоугольного сечения и осо-бенно в сравнении с использованием резиновых колец круглого сечения.
• Отсутствует возможность возникно-вения взрывной декомпрессии, поскольку манжета находится в закрытом
затворе и полностью окружена поверхностями уплотнительного гнезда.
выводы
• Применение уплотнительной системы с использованием резиновых колец круглого сечения должно быть ограничено низкими давлениями, малыми диаметрами и трубопроводами, на которые не воздействуют дополнительные механические нагрузки (растяжение, сжатие, изгибающий и крутящий моменты).
• Применение уплотнительной системы с использованием манжет прямоугольного сечения должно быть ограничено средним и давлениями.
• Приме нение уплотнительной системы для неразъемных электроизолирующих соединений из композиционных материалов должно быть ограничено низкими давлениями, малыми диаметрами и трубопроводами, на которые не воздействуют дополнительные механические нагрузки (растяжение, сжатие, изгибающий и крутящий моменты).
• Отсутствуют ограничения по применению в неразъемных электроизолирующих соединениях и-образных манжет. Рекомендуется к применению в условиях высоких (до 1000 кгс/см2) давлений и при повышенных внешних механических нагрузках (растяжение, сжатие, изгибающий и крутящий моменты). Способно выдерживать без разгерметизации напряжения и нагрузки аналогично основному материалу трубопровода.
«
Т?ГМ»ПР«941ЛЯЫЬ
СИСТЕМЫ Й ТЕХНОЛОГИИ
Эксктюаиаи=1Я дистривыотор T^JLJOVAGlLJNGAS■ егл. в России
ИЗОЛИРУЮЩИЕ МОЮГЬТГНЫЕ МГ/ФТЫ для систем &пектро^им-1нес№й э»-циты трубопроводов
Основные технические >аректериоти*и;
- раОочее цаепение - рр 10СЮ «гс/см
- Диог.ю'гр - ст* 15 №1 да 3300 мм
- дийпйэом рйОомия темпн*эагтус - от -еО"С до -ЭЗО'С
- электрическое сопротивление - не менее 5 МОм ■ диэлектрическая лрс-мость - не менее? 5 кВ
- эйпа ген гезввинир аьСОк.снйДйжнйР и-оОреэмея системе уплотнем1Л£1
- срок служвы - не менее 35 лет
Рнреалпечщ к примекипм ркчкяадмр» ч вдоСрены ОАО 'ГАЗПРОМ*
WWW.NEFTEGAS.INFO
\\ ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ \ 85
